4V的柔性全固态锂聚合物电池

1.无溶剂的聚合物电解质在室温下运行

2.聚合物电解质能实现全固态和柔性的锂聚合物电池

3.锂聚合物电池柔性高和受到损伤后能快速恢复。

研究背景

　　尽管锂离子电池的安全问题由不同原因造成，例如过充、机械滥用和内部或者外部电路短路，但关键在于易挥发的、可燃的碳酸盐电解液。从碳酸盐电解液到固体聚合物电解质的转变主要会带来无挥发性、可燃性低、无电解质泄漏、易加工、柔性和机械强度高这些优点。另外，固体聚合物电解质能允许使用锂金属负极。因此，锂聚合物电池具有高安全性和高能量。

　　聚环氧乙烷作为一种固体聚合物电解质，对锂具有强溶剂化能力，但HOMO相对较低，导致高压下环氧乙烷链段的氧化稳定性差。因此，含有聚环氧乙烷的固体聚合物电解质大多被限制在3V的正极材料体系中，例如LiFePO4和V2O5中。相反，4V的正极很少被研究，例如层状的LiCoO2和LiNixCoyMn1-x-yO2。

成果简介

　　2019年8月5日，Nano Energy上刊登了卡尔斯鲁厄理工学院的Guk-TaeKim和Stefano Passerini以及南洋理工大学的Ze XiangShen作为共同通讯作者发表的文章。它们报道了4V的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2或者LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2作为正极电极活性材料、交联的三组分固体聚合物电解质(PEO10-LiTFSI-PYR14TFSI2)作为固体聚合物电解质和锂作为负极的柔性全固态锂聚合物电池。

　　即使将该电池卷成圆柱形并切成若干片，它仍能点亮LED灯。LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2电极在所有的4V活性材料中，倍率性能和循环稳定性最高。从EIS和TEM的表征结果可以看出，电池性能出色的原因主要是快速稳定钝化层、电阻低和极大地减轻了相转移。

　　而且，自放电测试的结果揭示了LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2为电极的电池的聚环氧乙烷在高压下的分解不如LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2为电极的电池，可能表明了锰元素在促进聚合物电解质分解所起的作用。

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